m1028
.pdf
658
Э455 СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ В ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Методические рекомендации к выполнению лабораторных работ по дисциплине
«Безопасность жизнедеятельности»
Новосибирск
2014
11
УДК 613.647
Э455
Электробезопасность в трехфазных сетях переменного то-
ка: Метод. указ. к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» / Сост. В.Д. Баланчук. – Ново-
сибирск: Изд-во СГУПСа, 2014. – 12 с.
Изложена методика изучения влияния соединения нейтрали трехфазной сети переменного тока с землей, ее параметров и сопротивления тела человека на исход поражения электрическим током.
Предназначены для студентов всех специальностей и направлений.
Рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры «Безопасность жизнедеятельности».
О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р д-р техн. наук, проф. В.И. Медведев
Р е ц е н з е н т завкафедрой «Инженерная экология» НГАВТа д-р хим. наук,
проф. В.П. Зайцев
© Сибирский государственный университет путей сообщения, 2014 © Баланчук В.Д., сост., 2014
2
Введение
Трехфазные электрические сети переменного тока в зависимости от соединения нейтрали с землей подразделяют на сети с изолированной и заземленной нейтралью. Электрической сетью с заземленной нейтралью считается такая сеть, в которой хотя бы одна из нейтралей генераторов или силовых трансформаторов заземлена. Нейтраль может быть заземлена непосредственно или через устройство с малым сопротивлением (по сравнению с сопротивлением нулевой последовательности сети).
Электрической сетью с изолированной нейтралью считается такая сеть, в которой ни один из нейтральных проводов генераторов или силовых трансформаторов не соединен с землей непосредственно или через устройство с малым сопротивлением (по сравнению с сопротивлением нулевой последовательности сети).
Нейтраль – нулевая точка, которая является центром симметрии сети трехфазного тока. В трансформаторах, а также на генераторах, электродвигателях или иных устройствах предусматривается нулевой вывод. В симметричных системах токов и напряжений этот вывод практически имеет потенциал земли и при этом неважно, соединена ли нейтраль с землей и если да, то каким образом это выполнено.
Данные указания составлены по материалам производителя лабораторных стендов ООО НПП «Учебная техника – Профи».
3
Меры безопасности
Все работы на стенде выполняются с разрешения преподавателя. К работе на стенде допускаются лица, ознакомленные с его устройством, принципом действия и мерами безопасности в соответствии с требованиями, приведенными в настоящем разделе. Наладочные работы, осмотры и ремонт следует производить только после отключения стенда от сети питания с помощью сетевой вилки.
Выполнение лабораторной работы производится бригадой в составе не менее двух человек, один из которых является наблюдателем и при возникновении опасности обесточивает лабораторный стенд. Запрещается работа на стенде при открытых крышках и снятом кожухе. Перед началом работы необходимо произвести внешний осмотр стенда и убедиться в целостности и надежном креплении винтов.
Подсоединение стенда к сети необходимо производить только специальным кабелем с заземляющим контактом, входящим в комплект стенда.
Лабораторная работа № 1. Электробезопасность
втрехфазных сетях переменного тока
сзаземленной нейтралью
Цель работы: изучить влияние соединения нейтрали трехфазной сети переменного тока с землей, параметров сети и сопротивления тела человека на исход поражения электрическим током.
Общие сведения
Для сети с заземленной нейтралью (рис. закону Кирхгофа можно записать
I |
0 |
I |
L1 |
I |
L2 |
I |
L3 |
I |
|
|
|
|
|
1) согласно первому
h , |
(1) |
где I0 – ток в нулевом проводе; |
IL1, IL2 , IL3 |
ток, протекающий через тело человека.
– фазные токи; Ih –
4
Рис. 1. Сеть с заземленной нейтралью
С учетом того что проводимость нейтральных проводов оказывается значительно больше проводимостей фазных проводов, можно представить напряжение прикосновения Uпр в следующем виде:
|
|
U |
|
Y |
|
U |
|
|
0 |
, |
|
пр |
ф |
Y |
|||
|
|
|
Y |
|
|
|
|
|
0 |
h |
|
(2)
где Uф – фазное напряжение; Y0 и Yh – проводимости нейтрального провода и человека соответственно.
Или с учетом того что
Y |
1 |
: |
|
R |
|||
|
|
U |
|
U |
|
|
R |
h |
|
|
|
|
R |
|
|
|
|||
|
пр |
|
ф |
|
R |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
h |
.
(3)
В сетях с напряжением до 1 000 В сопротивление нулевого провода R0 согласно Правилам устройства электроустановок всегда менее 8 Ом, а поскольку сопротивление человека Rh 1 000 Ом, то можно считать, что максимальное значение напряжения прикосновения Uпр равно фазному напряжению Uф.
Следовательно, можно сделать вывод: в сетях с заземленной нейтралью в нормальном режиме работы при прикосновении человека к фазному проводу напряжение прикосновения близко к фазному (Rh значительно больше R0), а ток, протекающий через человека, определяется его собственным сопротивлением.
5
В аварийном режиме, например, когда одна из фаз замкнута на землю, величина напряжения прикосновения Uпр зависит от соотношения сопротивления замыкания Rзaм и сопротивления нулевого провода R0 и лежит в диапазоне между фазным и линейным напряжением: Uф < Uпр < Uл. Таким образом, в аварийном режиме напряжение прикосновения увеличивается, причем это увеличение определяется сопротивлением замыкания поврежденной фазы.
Лабораторная установка
Лабораторный стенд (рис. 2) представляет собой модель трехфазной электрической сети, выполненную на низком, безопасном для учащихся напряжении. В качестве источника используется генератор трехфазного напряжения. Под исследованием опасности поражения электрическим током будем понимать определение возможных значений напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека, в сети с нормальным состоянием изоляции, а также при повреждении изоляции (при замыкании одной из фаз на землю).
Для изучения эффективности средств защиты от поражения электрическим током имитируются различные покрытия пола и различные типы обуви. Стенд оснащен встроенным комбинированным прибором для измерения тока, протекающего через человека, и напряжения в контрольных точках.
Прибор показывает действующие значения напряжения и тока, он проградуирован с учетом коэффициента масштабирования (указаны значения, которые возникнут в сети с напряжением
220/380 В). Ток и напряжения должны измеряться только при-
борами, встроенными в стенд. Для измерения напряжения необходимо подключить гибкие шнуры вольтметра к гнездам входов вольтметра 11 (см. рис. 2) с одной стороны, а с другой – к точкам, напряжение между которыми нужно измерить.
6
Рис. 2. Внешний вид и органы управления стендом (заземленная нейтраль)
На рисунке обозначено: 1 – выключатель «Сеть» с подсветкой (замыкание/размыкание переключателя SA1) для включения/выключения стенда; 2 – светодиодные индикаторы наличия напряжения в линиях L1, L2, L3 трехфазной сети; 3 – гнезда «1», «2», «3» для измерения напряжения в линиях L1, L2, L3 трехфазной сети; 4 – переключатель активного сопротивления изоляции фаз сети относительно земли RL1 = RL2 = RL3 (кОм); 5 – переключатель емкости фаз сети относительно земли «СL1 = СL2 = = CL3, (мкФ)»; 6 – гнездо «4» для измерения напряжения, приложенного к человеку, и напряжения на человеке относительно земли при его прикосновении к фазному проводу; 7 – кнопка «Авария», сигнализирующая о замыкании одной из фаз на землю (замыкание переключателя SA2), с подсветкой; 8 – переключатель сопротивления замыкания одной из фаз на землю при аварии «Rзам (Ом)»; 9 – переключатель сопротивления обуви человека «Rоб (кОм)»; 10 – переключатель сопротивления пола «Rпола (кОм)»; 11 – гнезда подключения входов вольтметра; 12 – комбинированный измерительный прибор, показывающий одновременно ток,
7
протекающий через тело человека, и напряжение между контрольными точками, подключенными к вольтметру; 13 – гнездо «земля»; 14 – гнездо «5» для измерения напряжения, приложенного к человеку, прикоснувшемуся к фазному проводу.
Стенд позволяет изменять сопротивление изоляции фаз и емкость фаз относительно земли, значение сопротивления пола, сопротивления обуви человека, прикасающегося к фазному проводу. Изменяется также и величина сопротивления замыкания одной из фаз на землю при аварии. Установка необходимых значений сопротивлений и емкости производится с помощью соответствующих переключателей. Включение стенда производится выключателем «Сеть». Во включенном состоянии выключатель подсвечивается.
Замыкание одной из фаз на землю производится нажатием кнопки «Авария». В нажатом состоянии кнопка подсвечивается. Для прерывания замыкания кнопку необходимо нажать повторно.
Порядок выполнения работы
Лабораторная работа выполняется в следующей последовательности:
1.Изучите общие сведения.
2.Изучите расположение органов управления на стенде.
3.Установите переключатели 4, 9, 10 в положение 1 кОм, 5 в положение 0,1 мкФ, 8 в положение 1 кОм. Кнопка «Авария» должна быть отжата.
4.Нажмите выключатель «Сеть».
5.Измерьте значения фазных напряжений сети.
6.Снимите зависимости Uпр = f (Rиз), Ih = f (Rиз). Установите переключатель Rиз в положение 5 кОм и снимите зависимости
Uпp = f (Cиз), Ih = f (Rзам).
7. |
Нажмите кнопку «Авария», загорится ее подсветка. Сни- |
мите |
зависимости UфLl = f (Rзам), UфL2 = f (Rзам), UфL3 = f (Rзам) и |
Uпр = f (Rзам). |
|
8. |
Получите номер варианта у преподавателя и снимите зави- |
симости согласно приведенной ниже таблице.
8
Вариант |
Rзам |
Ih = f (Rоб) при Rпола, Ом |
||
1 |
10 |
|||
|
|
|||
1 |
0 |
|
|
|
2 |
10 |
|
|
|
3 |
100 |
|
|
|
4 |
1 000 |
|
|
|
9. Повторно нажмите кнопку «Авария» и приведите стенд в исходное состояние.
Отчет
После выполнения работы необходимо составить отчет, в котором следует указать:
1)цель работы;
2)схему сети;
3)полученные результаты:
а) при нормальном режиме работы сети; б) при аварийном режиме работы сети;
4)построенные зависимости;
5)выводы.
Лабораторная работа № 2. Электробезопасность
втрехфазных сетях переменного тока
сизолированной нейтралью
Цель работы: изучить нормальный и аварийный (замыкание одной из фаз на землю) режимы работы сети с изолированной нейтралью, влияние сопротивления тела человека и сопротивления замыкания фазного провода на землю на исход поражения электрическим током.
В случае изолированной нейтрали (рис. 3) напряжение прикосновения Uпр будет зависеть от фазного напряжения UL3, сопротивления замыкания фазного провода на землю Rзам, величин и соотношения проводимостей YL1, YL2, YL3, а также от сопротивления человека Rh.
9
Рис. 3. Сеть с изолированной нейтралью
Однако в такой сети возможен ряд частных случаев, например: 1. В сети полная симметрия:
YL1 = YL2 = YL3 = Y; RLl = RL2 = RL3 = R; CLl = CL2 = CL3 = C, (1)
при этом сумма трех единичных векторов, смещенных друг отно-
сительно друга на 120 °, равна нулю. |
|
||
2. |
Короткая воздушная сеть, где емкость фаз сети относи- |
||
тельно земли настолько мала, что ею можно пренебречь: |
|
||
|
RLl = RL2 = RL3 = R; |
CL1 = CL2 = CL3 = 0. |
(2) |
3. |
Короткая кабельная сеть, где, как и в короткой воздушной |
||
сети, |
|
|
|
|
RLl = RL2 = RL3 = R; |
CL1 = CL2 = CL3 = 0. |
(3) |
На основании уравнений (1)–(3) можно сделать вывод: в сети
сизолированной нейтралью в установившемся режиме напряжение прикосновения и ток, протекающий через тело человека, определяются параметрами изоляции фаз относительно земли. Следует отметить, что если одна из фаз замкнута на землю в сети
сизолированной нейтралью, то при прикосновении человека к другой фазе напряжение прикосновения резко возрастет и может стать близким к линейному напряжению.
Лабораторный стенд для данной работы представляет собой модель трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью (рис. 4). Управление стендами для лабораторных работ № 1 и № 2 производится одинаково.
10